1.3本文的主要工作方法与内容 7

第二章 近海结构物的环境载荷分析 9

2.1风及风载荷 9

2.1.1风 9

2.1.2风载荷 12

2.2波浪及波浪载荷 13

2.2.1波浪 13

2.2.2波浪载荷计算 15

2.3海流以及海流载荷 19

第三章 基于SESAM的总体结构强度分析方法 20

3.1有限元法简介 20

3.2SESAM软件简介 21

3.3GeniE建模方法及原则 21

3.4结构强度分析与处理方法 23

第四章 自升式平台的总体强度分析与校核 24

4.1平台的基本结构 24

4.2建模方法及原则 25

4.2.1边界条件 28

4.3环境载荷计算 28

4.4静载荷 29

4.5组合工况 30

4.6板单元的强度分析结果 30

4.7梁单元的强度校核理论 40

4.8平台桩腿的强度校核 42

第五章 近海风机导管架支撑结构强度分析 44

5.1导管架支撑的基本结构 44

5.2建立导管架支撑结构模型 44

5.3边界条件 45

5.4环境载荷 46

5.5导管架支撑结构强度分析与校核 46

结论 49

致谢 49

参考文献 50

第一章 绪论

1.1选题背景以及意义

21世纪，随着人类社会的进步和人们生活水平的提高，能源的消耗逐步增大。海洋石油，天然气勘探开发和海上风能的开发利用已成为当今世界的焦点。我国作为一个高速发展中的国家，需要大量的能源作为经济发展的支撑[1]。一方面传统能源如石油天然气在今后相当长的时间内仍将是人类主要的能源，另一方面，传统能源面临枯竭，且污染严重，需要新型环保清洁能源如风能等来弥补传统能源的不足。海洋面积占到地球表面积的71%左右，有着巨大的油气资源和风能资源。

陆地上石油资源已面临逐渐枯竭的处境，资源丰富的海洋也因此成为了人们开发和开采能源的新去处。据统计，海底石油储量约为1350亿吨，约占全球总储量的66.67%，天然气储量约140万亿立方米，约占地球总储量的三分之一[2]。并且新的油气资源还在探索中。中国海域广阔，海岸线长，油气资源丰富。根据国土资源部的调查显示：目前我国海洋石油资源量为246亿吨，占全国石油资源总量的22.9%；海洋天然气资源储存量为16万亿立方米，占全国天然气总量的29.0%。在石油天然气勘探开发中，自升式平台由于其定位精度和操作稳定性，得到了广泛的应用，是海上移动平台的主力军。自升式平台作为海上开采石油资源的理想平台，不管时世界上最大的石油生产国，还是中国的石油公司都采购自升式平台作为海上钻探的主要设备。美国是世界上第一大石油消费大国，而中国的石油消费能力仅在美国之后[3]。然而我国石油自给自足能力与石油的需求却不相匹配，供需缺口日益明显。随着海上油气生产技术的不断发展和升级，中国的石油进口量将会得到很大的缓解。石油是推动经济高速发展的不可或缺重要能源资源，同时也是核心的战略物资。在陆地石油资开采殆尽逐渐枯竭的情况下，加快海洋石油资源的勘探与开采的步伐已经成为我国的首要目标。因此，发展海洋工程装备对我国的战略安全以及独立开发海洋资源，保证能源的安全供具有非凡的战略意义[4]。风电资源主要分为海上风电以及陆上风电，早期风电开发主要是利用陆地风机发电，由于陆上风能资源、环境等条件的限制，陆上风电在我国人口较多的东南沿海地区的开发受到了很大的限制。而海上风机由于其工作环境的开阔性，和陆上风力发电相比有很多优势，首先海上气压差更大，产生的风速较大并且更加稳定，然后海上风电不需要占用过多的土地资源，同时离人口集中的区域较远，不必担心风机工作噪声给人们带来的困扰，最后海上风机的年发电量更高。因为风机的发电功率与风速的三次方成正比，而海上的风速比陆上高20%左右，所以同等发电容量下海上风机的年发电量要比陆上风机发电量高出70%[5]。我国东部近海风电资源可达700GW，是陆地可利用风电资源的3倍，因此合理地开发近海风电，对于缓解我国能源危机、减轻传统能源消耗对环境造成的污染等问题都具有非常重要的意义。